本发明涉及钢包用耐火材料，尤其是涉及一种钢包永久层用轻质耐火砖。
背景技术：
随着国家对环保和节能降耗方面的政策越来越严，各钢厂对钢包永久层用保温耐火材料的使用要求也越来越高，并进行了大量的研究和探索。目前，钢包永久层用耐火材料普遍采用以下两种方式：一是利用永久层浇注料，其材质通常为铝硅质和铝镁尖晶石质，将其整体浇注成型；二是砌筑永久层砖，材质多为粘土砖或高铝砖，外加硅酸铝保温板。但在实际使用中发现，由于上述材料体积密度偏高，干燥后一般为2.5-2.6g/cm3,使得保温性能不好，钢包外壳温度较高，通常在260-320℃左右，保温效果不明显；同时，由于材质中含有较多杂质，高温性能较差，不能抵抗高温钢水特别是熔渣的侵蚀，存在很大的安全问题和风险，特别是使用到后期，常出现漏包事故，造成重大安全隐患。
为解决上述技术问题，专利号cn201821193307提供了一种解决方案，具体为“一种安全钢包内衬，从钢壳内壁向内依次设置辅助性保温涂料层、保温板组、由含石墨的复合耐火砖砌筑，和由含石墨定型耐火制品砌筑的工作衬，工作性永久衬的前端为高石墨含量部，后端为低石墨含量部，且前端和工作衬接触；所述保温板组由多层保温板粘接而成，保温板组相对的两面分别粘贴在辅助性保温涂料层和工作性永久衬上”。采用这种方式虽然可以提高钢包内衬的安全性，但是施工较为繁琐，由于体密偏高且含有石墨，保温效果并不好，包壳温度仍保持在300℃左右。专利号cn201610011295提供了一种重轻复合耐火砖，通过造孔材料高温烧成，利用轻重质材料各自的特性，达到保温又耐高温的目的，提高了永久层的安全性。缺点是由于是复合砖，生产工艺复杂，生产效率低。
鉴于此，发明一种保温性好、抗侵蚀能力强且经济效益突出的钢包永久层用耐火砖很有必要。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种能同时满足保温性和抗侵蚀性的钢包永久层用轻质耐火砖，本发明耐火砖制造方法简单，更加经济。
为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：
本发明所述的钢包永久层用轻质耐火砖，是由原料莫来石质骨料、电熔氧化铝空心球、镁砂细粉、a-al203微粉、刚玉细粉、尖晶石细粉和外加结合剂按下述重量百分配比和方法制备而成：
配比：莫来石质骨料20-40％，电熔氧化铝空心球10-30％，镁砂细粉5-20％，a-al203微粉3-15％，刚玉细粉10-30％，尖晶石细粉10-20％，外加结合剂3-6％/物料总量；
制备方法：
首先将所有原料进行混合，然后加入结合剂混合均匀后，在120～150mpa压力下压制成砖坯；自然条件下风干8-12小时后，在200～300℃条件下干燥36-48小时，自然冷却后即为成品轻质耐火砖；成品轻质耐火砖的显气孔率30-40％，体积密度2.0-2.2g/cm3,常温耐压强度20-35mpa。
本发明所用的莫来石质骨料的密度为1.8-2.0g/cm3,其中al203的含量为65-70％；粒径分别为5-3mm，3-1mm和1-0mm。
所用的电熔氧化铝空心球中al203的含量≥99％；其粒径为2-1mm和1-0.1mm。
所用的镁砂细粉中mgo的含量为90-97％，粒度为200目或325目。
所用的a-al2o3微粉中al2o3的含量≥99％，粒度为3-5μm。
所用的刚玉细粉中al2o3含量95-99％，粒度为200或325目。
所用的尖晶石细粉中mgo含量为24-34%，al2o3的含量64-74％；粒度为200或325目。
所用的结合剂为纸桨废液，甲基纤维素钠，液体磷酸二氢铝，硅溶胶，铝溶胶，硫酸镁，液体水玻璃中的任一种或一种以上混合物。
本发明采用密度1.8-2.0g/cm3的轻质莫来石作为骨料，利用莫来石高温性能好，热震稳定性好的特点，可以保证在反复使用中砖体体积稳定，不出现裂纹；而添加的电熔氧化铝空心球则有利于降低成品砖的密度，提高保温性能；同时添加杂质含量少的刚玉细粉和抗侵蚀性好的尖晶石粉，镁砂细粉等，使得成品砖耐火度高，可有效抵抗高温钢水和熔渣的侵蚀。本发明制备的成品砖化学成分主要是mgo与a12o3，含少量sio2，主晶相为莫来石，刚玉，刚玉-尖晶石；显气孔率高，体积密度小，热导率低，耐钢水及熔渣侵蚀能力强。同时，本发明制备方法简单，采用一次成型，生产简便易行，大大降低了生产成本，经济效益突出。
经测试，本发明制备的成品砖中，al203 mgo含量65-75%，烘干后的体积密度2.0-2.2g/cm3，显气孔率30-40%，常温耐压20-35mpa；导热系数：800℃热面温度1.035-1.151w/m.k；1100℃热面温度1.103-1.208w/m.k。
附图说明
图1、图2分别是本发明制备的成品砖和高铝砖（样1和样2）抗渣性和渗透性对比。
具体实施方式
下面通过具体实施例对本发明做更加详细的说明。
需要指出的是，在实际配制时，对各原料所做的细微调整（如微粉比例和级配的改变，刚玉细粉种类的调整，结合剂的选择或搭配比例等改变）均属于本发明的保护范围。
实施例1制备1#钢包永久层用轻质耐火砖
准确称量出25%的轻质莫来石骨料（粒度5-3mm:3-1mm:1-0mm=4:3:3)，20%的电熔氧化铝空心球（粒度2-1mm），20%的白刚玉细粉（200目，al2o3≥99%)，15%的烧结镁砂细粉(200目，mgo≥90%)，10%的a-al2o3微粉（5μm）,10%电熔尖晶石粉(200目，al2o3含量74%)，以及上述混合料总量5％的纸浆废液，放入j750型强制式搅拌机中搅拌均匀后采用压力机压制成型，成型压力为120～150mpa；成型后的坯体在自然环境中干燥12小时，再入隧道窑中250℃干燥48小时，自然冷却后即为1#成品砖。经测试，1#成品砖的指标为：显气孔率33%，体积密度2.18g/cm3,耐压强度25mpa。
实施例2制备2#钢包永久层用轻质耐火砖
准确称量20%的轻质莫来石骨料（粒度5-3mm:3-1mm:1-0mm=5:2:3)，15%的电熔氧化铝空心球（粒度1-0.1mm），25%的白刚玉细粉（325目，al2o3≥99%)，15%的烧结镁砂细粉(200目，mgo≥95%)，10%的a-al2o3微粉（3μm）,15%电熔尖晶石粉(200目，al2o3含量74%)，以及上述混合料总重量4％的纸浆废液，2%的甲基纤维素钠，放入j750型强制式搅拌机中搅拌均匀后采用压力机压制成型，成型压力为120～150mpa；成型后的坯体在自然环境中干燥12小时，再入隧道窑中250℃干燥48小时，自然冷却后即为2#成品砖。经测试，2#成品砖指标为：显气孔率31%，体积密度2.15g/cm3,耐压强度28mpa。
实施例3制备3#钢包永久层用轻质耐火砖
准确称量28%的轻质莫来石骨料（粒度5-3mm:3-1mm:1-0mm=4:2:1)，20%的电熔氧化铝空心球（粒度2-1mm），10%的白刚玉细粉（325目，al2o3≥95%)，20%的烧结镁砂细粉(325目，mgo≥95%)，7%的a-al2o3微粉（5μm）,15%烧结尖晶石粉(200目，al2o3≥64%)，以及上述混合料总重量5％的铝溶胶液，1%的甲基纤维素钠，放入j750型强制式搅拌机中搅拌均匀后采用压力机压制成型，成型压力为120～150mpa；成型后的坯体在自然环境中干燥12小时，再入隧道窑中250℃干燥48小时，自然冷却后即为3#成品砖。经测试，3#成品砖指标为：显气孔率35%，体积密度2.20g/cm3,耐压强度30mpa。
实施例4制备4#钢包永久层用轻质耐火砖
准确称量32%的轻质莫来石骨料（粒度5-3mm:3-1mm:1-0mm=4:1:3)，25%的电熔氧化铝空心球（粒度1-0.1mm），13%的板状刚玉细粉（325目，al2o3≥95%)，15%的烧结镁砂细粉(200目，mgo≥96%)，5%的a-al2o3微粉（3μm）,10%电熔尖晶石粉(325目，al2o3含量74%)，以及上述混合料总重量5％的液体水玻璃，放入j750型强制式搅拌机中搅拌均匀后采用压力机压制成型，成型压力为120～150mpa；成型后的坯体在自然环境中干燥12小时，再入隧道窑中250℃干燥48小时，自然冷却后即为4#成品砖。经测试，4#成品砖指标为：显气孔率32%，体积密度2.10g/cm3,耐压强度35mp。
实施例5制备5#钢包永久层用轻质耐火砖
准确称量35%的轻质莫来石骨料（粒度5-3mm:3-1mm:1-0mm=4:2:1)，25%的电熔氧化铝空心球（粒度1-0.1mm），10%的白刚玉细粉（200目，al2o3含量99%)，10%的电熔镁砂细粉(200目，mgo≥96%)，10%的a-al2o3微粉（3μm）,10%烧结尖晶石粉(325目，al2o3≥65%)，以及上述混合料总重量3％的纸浆废液，2%的硫酸镁，放入j750型强制式搅拌机中搅拌均匀后采用压力机压制成型，成型压力为120～150mpa；成型后的坯体在自然环境中干燥12小时，再入隧道窑中250℃干燥48小时，自然冷却后即为5#成品砖。经测试，5#成品砖指标为：显气孔率36%，体积密度2.08g/cm3,耐压强度32mp。
实施例6制备6#钢包永久层用轻质耐火砖
准确称量40%的轻质莫来石骨料（粒度5-3mm:3-1mm:1-0mm=6:2:2)，10%的电熔氧化铝空心球（粒度2-1mm），22%的棕刚玉细粉（200目，al2o3含量99%)，8%的电熔镁砂细粉(325目，mgo含量97%)，10%的a-al2o3微粉（5μm）,10%电熔尖晶石粉(325目，al2o3含量74%)，以及上述混合料总重量5％的液体磷酸二氢铝，放入j750型强制式搅拌机中搅拌均匀后采用压力机压制成型，成型压力为120～150mpa；成型后的坯体在自然环境中干燥12小时，再入隧道窑中250℃干燥48小时，自然冷却后即为6#成品砖。经测试，6#成品砖指标为：显气孔率35%，体积密度2.01g/cm3,耐压强度28mp。
实施例7成品砖实验
1、为检测本发明制备的成品砖的效果，将本申请制备的1#成品砖和2#成品砖分别和现有的高铝永久层砖进行对比，其抗渣性和渗透性数据对比如下：
从上表数据可以看出，本发明制备的轻质耐火砖的抗侵蚀性和渗透性远优于现有的高铝永久层砖。
两种砖体的对比图片如图1、图2（图中左侧为本发明砖，右侧为高铝永久层砖），从图中可以清楚看出：左侧本发明砖径向侵蚀宽度很小，有较多残渣，且无明显的颜色加深的渗透层；而右侧对比高铝永久层砖径向侵蚀宽度很大，几乎无残渣，有明显的凹沟和明显的颜色加深的渗透层。因此可看出，本发明砖抗侵蚀性和渗透性良好，大大优于现有的高铝永久层砖。
2、将本发明制备的成品砖砌筑在某钢厂钢包永久层上使用，与现有浇注料浇注的永久层和现有机压砖砌筑的永久层进行对比，结果见下表：
从以上数据可以看出，本发明制备的轻质耐火砖用于钢包永久层上，温降效果明显好于现用的机压砖，因此钢厂有望降低出钢温度，节约炼钢成本。按照出钢温度每降低1℃，吨钢成本可降低成本0.8元计，其经济效益相当可观。
1.一种钢包永久层用轻质耐火砖，其特征在于：是由原料莫来石质骨料、电熔氧化铝空心球、镁砂细粉、a-al203微粉、刚玉细粉、尖晶石细粉和外加结合剂按下述重量百分配比和方法制备而成：
配比：莫来石质骨料20-40％，电熔氧化铝空心球10-30％，镁砂细粉5-20％，a-al203微粉3-15％，刚玉细粉10-30％，尖晶石细粉10-20％，外加结合剂3-6％/物料总量；
制备方法：
首先将所有原料进行混合，然后加入结合剂混合均匀后，在120～150mpa压力下压制成砖坯；自然条件下风干8-12小时后，在200～300℃条件下干燥36-48小时，自然冷却后即为成品轻质耐火砖；成品轻质耐火砖的显气孔率30-40％，体积密度2.0-2.2g/cm3,常温耐压强度20-35mpa。
2.根据权利要求1所述钢包永久层用轻质耐火砖，其特征在于：所述莫来石质骨料的密度为1.8-2.0g/cm3,其中al203的含量为65-70％；粒径分别为5-3mm，3-1mm和1-0mm。
3.根据权利要求1所述的钢包永久层用轻质耐火砖，其特征在于：所述电熔氧化铝空心球中al203的含量≥99％；其粒径为2-1mm和1-0.1mm。
4.根据权利要求1所述的钢包永久层用轻质耐火砖，其特征在于：所述镁砂细粉中mgo的含量为90-97％，粒度为200目或325目。
5.根据权利要求1所述的钢包永久层用轻质耐火砖，其特征在于：所述a-al203微粉中al2o3的含量≥99％，粒度为3-5μm。
6.根据权利要求1所述的钢包永久层用轻质耐火砖，其特征在于：所述刚玉细粉中al2o3含量95-99％，粒度为200或325目。
7.根据权利要求1所述的钢包永久层用轻质耐火砖，其特征在于：所述尖晶石细粉中mgo含量为24-34%，al2o3的含量64-74％；粒度为200或325目。
8.根据权利要求1所述的钢包永久层用轻质耐火砖，其特征在于：所述结合剂为纸桨废液，甲基纤维素钠，液体磷酸二氢铝，硅溶胶，铝溶胶，硫酸镁，液体水玻璃中的任一种或一种以上混合物。
技术总结